新型承重支撐體系在北京大興國際機場南航機庫屋蓋施工中的應用

高玉蘭 王益民 董 巍 黃樹青 楊 碩

北京建工集團有限責任公司 北京 100055

北京大興國際機場南航機庫屋蓋采用混合網(wǎng)架結(jié)構體系，跨度達到405 m，進深100 m，為亞洲最大跨機庫。項目在安裝時需要使用大量的臨時承重支撐，目前工程中應用較多的是格構式支撐，如果重新設計制作無疑會增大成本，且使用后如沒有合適的工程周轉(zhuǎn)，也將是極大的浪費；采用租賃的話，則支撐規(guī)格難以統(tǒng)一，且市場資源不足以滿足現(xiàn)場的需要[1-4]。

鑒于上述分析，采用了常用于基坑支護的土工鋼管支撐。這種鋼管支撐規(guī)格統(tǒng)一（φ609 mm 16 mm，長度為1～6 m的整米數(shù)標準段），將其作為承重支撐的主要豎向受力構件，橫向連接配以小直徑鋼管，組成模塊化的標準單元段，然后通過端部節(jié)點將單元段接長，達到需要的長度。承重支撐使用后拆除時，只需將端部節(jié)點處的連接螺栓拆除，然后切掉橫向連接鋼管即可，實現(xiàn)了快速安拆。

土工鋼管支撐采用租賃形式且市場貨源充足，節(jié)省了材料購買和制作費用，節(jié)約工程成本。由于主要受力桿件、連接方法不同于以往的格構式支撐，故我們稱之為新的承重支撐體系。

1 不同承重支撐體系的特點

隨著國家基礎設施建設規(guī)模和施工技術的發(fā)展，大跨度建筑結(jié)構施工用承重支撐體系所用材料、構件形式也隨之發(fā)生變化，大跨度結(jié)構安裝施工所用的臨時承重支撐體系日益向?qū)I(yè)化、定制化發(fā)展。不同類型的臨時承重支撐體系特點不同，合理選用對于施工安全和質(zhì)量的保證以及施工成本控制至關重要。

常用臨時承重支撐體系的特點如表1所示。

由表1可見，由土工鋼管支撐靈活組合而成的新型臨時承重支撐體系優(yōu)點突出，在工程應用中具有較強的實用性和適用性。

表1 常用臨時承重支撐體系特點

2 新型支撐體系的原理

將常用于基坑支護的定型土工鋼管支撐，經(jīng)過組合、拼裝成豎向的承重支撐。這種定型土工鋼管支撐規(guī)格一般為φ609 mm 16 mm，長度為1～6 m的整米數(shù)，每根鋼管 支撐的兩端設有法蘭盤（圖1），可以將支撐的法蘭盤使用螺栓連接起來，組成需要的長度。

圖1 鋼管支撐大樣

除了單根接長使用外，也可以將其組合成需要的形式，比如三角形。即將φ 609 mm鋼管支撐作為主桿，φ133 mm的鋼管（需計算確定）作為腹桿，將其組成三角形單元體，長度根據(jù)需要進行接長（圖2）。

圖2 支撐體系平面示意

支撐體系根據(jù)承受的荷載通過計算確定，其截面設計條件如下：基礎或結(jié)構下方鋼筋混凝土梁、柱位置；上部結(jié)構的截面尺寸；上部荷載。

支撐體系拆除時，將法蘭盤節(jié)點處的螺栓拆除、腹桿節(jié)點板切除即可。鋼管支撐采用租賃，可周轉(zhuǎn)多次使用。

3 新型支撐體系的應用

3.1 工程簡介

北京大興國際機場南航基地第一標段機務維修設施項目1號機庫屋蓋鋼結(jié)構跨度為222 m＋183 m，進深100 m，屋蓋頂標高38.5 m，為亞洲最大跨機庫。屋蓋結(jié)構是采用由沿進深方向設置的4道45°的斜向桁架、沿大門開口邊設置的下沉式大門桁架、沿結(jié)構縱向設置的一字形桁架以及桁架之間的單層斜放四角錐網(wǎng)架組成的混合結(jié)構體系（圖3、圖4）。

圖3 屋蓋結(jié)構平面示意

圖4 屋蓋結(jié)構剖面示意

根據(jù)工程結(jié)構特點，四周的支承鋼柱僅承受部分屋蓋的荷載，無法作為提升點使用；而承受荷載的L形格構柱因柱頂空間較小，不適合用作提升點。因此，需設置獨立的提升支架進行屋蓋的提升。

屋蓋面積達40 000 m2，且剛度不對稱，提升支架的布置既要考慮滿足施工安全要求，確保實施順利，又要考慮經(jīng)濟性，以節(jié)約成本。

3.2 支撐體系設計

本工程中提升塔架采用了此種新型的支撐體系。根據(jù)使用部位的不同，分為2種形式：一種為先組成三角形支架，然后用4個三角形支架組成四邊形支撐，用于大廳網(wǎng)架部位；另一種為四邊形，用于門頭桁架部位。

3.2.1 三角形支撐

將φ609 mm 16 mm鋼管支撐組拼成三角形支架，每4個三角形支架組成1個提升塔架。塔架上端部之間設置圓管桁架，頂部設置雙拼HN900 mm 300 mm的型鋼作為提升梁。

塔架高度45 m，每個鋼管支撐單元段長度為6 m，需要7個單元段和1個3 m段組合而成（圖5）。

3.2.2 四邊形支撐

將φ609 mm 16 mm鋼管支撐組成四肢格構式。4根主管之間使用φ216 mm 6 mm的鋼管進行拉結(jié)，組成格構式塔架（圖6）。塔架頂部設置雙拼HN900 mm 300 mm的型鋼作為轉(zhuǎn)換梁和提升梁。塔架高度42 m，每個鋼管支撐單元段長度為6 m，需要7個單元段組合而成。

圖5 三角形支撐示意

圖6 四邊形支撐示意

3.2.3 支撐計算

經(jīng)過設計計算，不同形式支撐體系的承載力均滿足受力要求，安全儲備充足（圖7）。在支撐底部還需設置混凝土基礎，混凝土強度等級為C30，規(guī)格經(jīng)計算確定。

圖7 支撐體系設計計算

3.3 支撐體系拼裝和拆除

土工鋼管支撐按計劃進場，在地面搭設拼裝胎架，使用汽車吊將鋼管支撐吊至胎架上。鋼管支撐通過租賃獲取，為確保管體無破壞，我們優(yōu)化了連接節(jié)點。在支撐節(jié)點間增加鋼板，在鋼板上鉆孔以便與鋼管支撐進行連接，將所有連接的橫向次管和斜向支撐管均焊接在連接鋼板上，將鋼板與鋼管支撐的法蘭盤穿入連接螺栓擰緊即可。

在胎架上拼裝成模塊化的單元體，拼裝完成后依次拼裝下一段（圖8、圖9）。

圖8 支撐拼裝現(xiàn)場

圖9 提升塔架布置平面示意

在拆除承重支撐時，先將節(jié)點處的連接螺栓拆除，再使用吊車將單元體由上至下依次吊下，將租賃的鋼管支撐歸還。將橫向連接鋼管及斜向支撐管打包成捆，留作其他工程使用。

4 結(jié)語

將土工支撐（φ609 mm鋼管）作為承重支撐的主要受力構件，組拼成新的承重支撐體系，并成功地應用于北京大興國際機場南航機庫屋蓋結(jié)構施工中。本工程的應用結(jié)果表明：

1）目前常用的格構式鋼管支撐，需要采購鋼管進行制作或租賃市場上的塔吊標準節(jié)，其外形尺寸固定，使用受限于相應的結(jié)構，或在使用后不便于拆除成散件，不利于運輸和存放；新的承重支撐主要受力構件為土工鋼管支撐，方便在市場上租賃，節(jié)省材料采購和制作費用，同時在進出場時均為單根，有利于運輸。

2）這種新的承重支撐采用了現(xiàn)場組拼方式，可以根據(jù)工程需要組合成單根支撐、三角形、四邊形等適合的形式，連接節(jié)點使用螺栓，拆裝方便，使用靈活，可以提高工作效率。

3）這種新的承重支撐可以廣泛用于鋼結(jié)構施工中，既可以用作提升支架，也可以用作下部支撐。

4）在使用過程中，需保證土工鋼管支撐在通過法蘭接長后的順直度，不應出現(xiàn)折線，以保證支撐體系在施工荷載下的安全。